纳米压印技术(周伟民[等]编著)思维导图
纳米压印技术在LED中的应用
特点：以硅或锗材料的硬质模版和热塑性材料为基础，可以实现大面 积高精度的模版结构复制，然而由于热塑性材料所需的加热和冷却过 程，产能和对准能力受到限制，无法满足大规模生产的要求，而且压 印过程中所需的高压力很容易造成模版损伤。
几种常见纳米压印技术工艺比较
紫外压印技术 先制备对紫外光透明的高精度的掩模版，在基板上旋涂一层液态光刻胶，利用 较低的压力将模版压在光刻胶上，液态光刻胶填满模版空隙，从模版背面用紫外 光照射，紫外光使光刻胶固化。脱膜后去处残留光刻间，将图案从模版转移到基 板上。
特点：使用软质聚合物模版（如PDMS），可以在很大面积上配合基底的 不平整表面实现均匀接触，从而在很低的压力下使得大面积一次压印成为 可能，并且由于软质模版通常都是从硬质模版复制得来，大大降低了生产 成本。
软膜压印技术介绍
软膜压印技术由于工艺简单，成本相对较低，能在翘曲度比较高的基板上获得均匀图形， 因而在LED光子晶体技术，纳米级衬底技术（NPSS）方面有着很广泛的应用前景 软膜压印技术流程
电子束光刻 纳米压印 纳米压印 纳米压印
石英板
母板
硬质模板Leabharlann 软质模板蓝宝石 基板
ICP刻蚀
NPSS
应用状况 纳米压印分为三个关键步骤：母板制作，压印过程，图形转移；其中母板制作技术 基本由国外把持，因而成本较为昂贵；压印过程良率比较难控制，这是制约纳米压 印技术发展的两大重要原因。 经与母板供应商沟通获悉，当前国内LED厂家对纳米压印都比较感兴趣，但是立项 的只有上海一家（蓝光？蓝宝？），国外的LED厂家（如三星(Samsung)做一个9nm线宽 20nm间距的重点项目 ）大多通过合作研发的方式在探索。 国内的研究所也在积极探索软膜压印技术，如半导体所季安老师，苏州纳米所崔铮老师。
纳米压印技术
三种技术的比较
热压印
紫外压印
微接触，好，不 好，差）
温度（高温，室温） 60 50 40 30 20 10 0
压力p/kN 最小尺寸/nm
多次压印（越高越好，好，不 好，差）
深宽比（微接触压印为无）
应用
纳米压印光刻已被用于制造用于电，光， 光子和生物应用的器件。
截至2007年10月，东芝是唯一一家经过验证的纳米压印光刻技术，面向22nm及以上的 公司。
总结
纳米压印技术是纳米尺寸大面积结构复 制的最 有前途的下一代技术之一 , 这种成 本低、效率高的纳米结构制作方法已逐渐应 用于生物医学、半导体加工和数据存储等领 域 , 因为传统热压印技术和紫外压印工艺存 在模板成本高、图形转移不稳定、压印效率 低等缺点。
是软光刻技术的 一种形式，通常使用 PDMS模板上的凹凸图案 压膜来在承印物的表面 通过面接触形成油墨自 组装单层膜的图案，就 类似纳米转移印刷的情
况
1. 模板制备 2. 生成PDMS压膜 3. 压膜上墨 4. 将压膜转移到承印物 5. 直接接触
说明：PDMS,比例为10:1的硅橡胶和硅橡胶固化剂
三种方法的对比
T-NIL步骤
聚合物被加热到它的玻璃化温度以 上。
施加压力
模压过程结束后 ,整个叠层被冷却 到聚合物玻璃化温度以下
脱模。脱模时要小心 ,以防止用力 过度而使 模具损伤。
说明：玻璃化温度，高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度。
紫外纳米压印光刻(UV-NIL)
流程如下：被单体涂覆的衬底和透明印章装载到 对准机中 ,通过真空被固定在各自的卡盘中。当衬底和 印章的光学对准完成后 ,开始接触。透过印章的紫外曝 光促使压印区域的聚合物发生聚合和固化成型。接下来 的工艺类似于热压工艺。
纳米压印技术
截至2007年10月，东芝是唯一一家经过验证的纳米压印光刻技术，面向22nm及以上的公司。
精品课件
总结
纳米压印技术是纳米尺寸大面积结构复制的最 有前途的 下一代技术之一 , 这种成本低、效率高的纳米结构制作方法已 逐渐应用于生物医学、半导体加工和数据存储等领域 , 因为传 统热压印技术和紫外压印工艺存在模板成本高、图形转移不稳定、 压印效率低等缺点。
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THANKS
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三种方法的对比
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应用
纳米压印光刻已被用于制造用于电，光， 光子和生物应用的器件。
对 于 电 子 设 备 ， NIL 已 被 用 于 制 造 MOSFET ， O-TFT ，单电子存储器。
对于光学和光子学，已经通过NIL制造亚波长谐振光栅滤波 器，表面增强拉曼光谱（SERS）传感器，波片，抗反射结构 ，集成光子电路和等离子体激元器件进行了深入研究。
注释：
OTFT: Organic thin film transistor有机薄膜晶体管
MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor属氧化物半导体场效电晶体
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未来前景
纳米压印光刻是一种简单的图案转印工艺，既不受衍射也不受散
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T-NIL步骤
聚合物被加热到它的玻璃化温度 以上。
施加压力
模压过程结束后 ,整个叠层被冷 却到聚合物玻璃化温度以下
纳米压印技术的发展及分类
Thank you
光学光刻的分辨率受限于
纳米压印 • • • • 设备体积小 成本相对较低 生产效率高 容易制备高深宽比图案
纳米压印技术的发展历程 晶圆弯曲
2008, Wu, Wei, et al.
2006, Stephen Chou, et al.
气垫加压
2002, LJ Guo, et al.
逆向纳米压印
1999, Colburn, Matthew, et al.
根据固化方法不同，纳米压印可分为热固化、紫外固化 以及热-紫外同时固化 三种方式。其中，热固化最大的缺 点在于:模板在高温高压下，表面结构或其他热塑性材料 会有热膨胀趋势，这将导致转移图形尺寸的误差以及脱 模的困难。一般来说，特征尺寸越小，集成度越高，模 板与聚合物之间的黏合力越大，使得脱模越困 难。紫外 固化时间短，相应压力也较低，可以大大减小晶片变形 的几率和程度。同 时，模板的高透明性能够进行高精度 对准，特别适合半导体器件和电路制造。
The diagram of the microfluidic chip.
纳米压印光刻技术从原理上回避了昂贵的投影镜组和光学系统固有的物理限制，但因其属 于接触式图形转移过程，又衍生了许多新的技术问题，其中1 ∶ 1 压印模具的制作、套印精度、 模具的使用寿命、生产率和缺陷控制被认为是当前最大的技术挑战。 现在纳米压印的发展主要表现在以下三方面: (1) 超大规模集成电路图形化纳米压印光刻。针对纳米压印光刻成为下一代光刻技术的前景， 研发其工业化的核心工艺技术和装备关键技术。目前的该领域研究人员正致力于解决高分辨率 压印模版制造、模版寿命保障、图形转移缺陷控制、多层套印精度保证等核心问题。
Ref. Chou S Y, Krauss P R, Renstrom P J. Imprint of sub‐25 nm vias and trenches in polymers[J]. Applied physics letters, 1995, 67(21): 3114-
紫外纳米压印技术
为了适应集成电路技术的迅猛发展，在光学光刻努 力突破分辨率极限的同时，替代光学光刻的下一代 光刻技术在最近几年内获得了大量的研究，这些技 术包括：极紫外（EUV）光刻技术、电子束光刻 技术、纳米压压印技术是美国普林斯顿大学华裔科学家周郁在20世 纪1995年首先提出的。这项技术具有生产效率高、成本低、 工艺过程简单等优点，已被证实是纳米尺寸大面积结构复制 最有前途的下一代光刻技术之一。目前该技术能实现分辨率 达5nm以下的水平。纳米压印技术主要包括热压印 （HEL）、紫外压印（UV－NIL）以及微接触印刷 （μCP）。纳米压印技术是加工聚合物结构最常用的方法， 它采用高分辨率电子束等方法将结构复杂的纳米结构图案制 在印章上，然后用预先图案化的印章使聚合物材料变形而在 聚合物上形成结构图案。
THANK YOU FOR WATCHING
由于工艺过程的需要，制作紫外压印印章要求使用 能被紫外线穿过的材料。以往紫外压印工艺中印章 是用PDMS材料涂覆在石英衬底上制作而成。PDMS 是一种杨式模数很小的弹性体，用它制作的软印章 能实现高分辨率。然而在随后的试验中发现由于 PDMS本身的物理软性，在压印过程中在外界低压力 下也很容易发生形变。
电科142 唐延刚 14461223
纳米技术
纳米科技是20世纪80年代末逐步发展起来的前沿交叉学科领域， 它的发展大大拓展和深化了人们对客观世界的认识，并将带来 新一轮的技术革命。纳米电子学、纳米材料、纳米机械共同组 成了纳米高技术群体，它的出现标志着高新技术进入了一个崭 新的发展阶段。纳米结构制作是纳米器件研制的前提，成为研 究微观量子世界的重要基础之一，其制作技术已成为当前世界 科学研究急需解决的问题。美、日、德等发达国家对此十分重 视，纷纷投入了大量的人力、物力进行研究开发。我国已将纳 米科学的进展作为“十五”规划中科技进步和创新的重要任务， 这为我国在21世纪初纳米科技的快速发展奠定了重要的基础。
纳米压印
1.3 关键工艺步骤
• 1.模板制造 • 2.压印过程（模板处理，加压，脱模过 程） • 3.图形转移过程 • 4.相关材料研究（模板材料，衬底材料， 纳米压印胶）
2. 纳米压印工艺
2.1 热压印
• 首先在某一衬底 上涂一层胶，然 后在一定温度， 一定压力下，把 模板用机械力压 在胶上，降温后 把模板脱出，形 成所需图案。
2.4 逆压印技术
把光刻胶涂在模板上，然后在压在衬底 上利用这种方法非常容易实现多层压印 2.5 滚筒压印技术 把压印技术和滚轴印刷技术结合起来， 实现几平方米面积高产量压印
பைடு நூலகம்
2. 纳米压印技术应用领域及 前景
应用领域 1.光刻技术替代者 2.集成电路领域 3.光学领域
制作高密度亚波长光栅，应用在金属起偏器上； 制备光子晶体等
纳米压印技术
报告人： Sunny 学号：000000000000 学校：燕山大学
主要内容
1.纳米压印技术简介
1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤 2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术 3.纳米压印技术应用领域及前景
2.3 软模板压印（SCIL）
软模板压印技术主要是为了解决在大面积基底 上使用硬质石英模板实现大面积均匀压印这一问题
由于使用很低的压力，很难在 大面积基底上实现均匀的接触
采用常规（PDMS）软模在大面积的直接接触过程中 也需要一定的压力去产生形变来配合基底的 不平整表面，均匀接触和压力下模板的变形成为 一种不可调和的矛盾
新型SCIL模板示意图
新型SCIL模块原理图
第四章纳米压印技术 ppt课件
工成一个压模: 然后在用来绘制纳米
图案的基片上旋涂一层聚合物薄膜，
将其放人压印机加热并且把压模压在
基片上的聚合物薄膜上，再把温度降
低到聚合物凝固点附近并且把压模与
聚合物层相分离，就在基片上做出了
凸起的聚合物图案(还要稍作腐蚀除去
热压印示意图
凹处残留的聚合物)
热压印法的工艺过程分三步: MicroNano System Research Center 压模制备、压印过程、图形转移。
2007年当选为美国国家工程院院士，被称为改革开放后中国 大陆高校毕业生获取美国国家工程院院士的第一人。
MicroNano System Research Center
主要内容
1.纳米压印技术简介 1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤
2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术
由于不同压印工艺对模板材料的要求不同，为了寻找使用周期更 长的模板材料作为大规模生产，研究人员研究更具灵活性和适应性 的材料作为模板材料。一般通过实验来测试这些通过纳米加工技术 得到的模板的耐用性。
MicroNano System Research Center
1）硬度: 分别进行不同的硬度试验测试，包括硬度划痕试验 和压痕硬度试验. 在硬度划痕试验中，测试莫式硬度。在压痕硬 度试验中，测试维氏硬度和努普硬度。
2) 导热性: 必须考虑到模板和基片这两种材料导热性的差异 。在降温过程中，两者导热性过大的差异，会使图形产生扭曲 变形。通常的选用原则是，导热性越强越好，可以缩短整个加 工周期，这有利于产量的提高. 模板材料随压印工艺而不同:
纳米压印技术概述与应用
紫外纳米压印(UV-NIL) Austin texas.GrantWilson;1996
1英寸小模板，石英玻璃或金刚石材 料，可以透过紫外光 50nm 室温
1-200N Si片
500nm 紫外感光有机溶剂 (SU-8等)
分辨率高、对准精度高、便于实验研 究、可选真空环境 纳光电器件、纳电子器件、NEMS、 MEMS加工特别适合半导体集成电路 制造
7、分类
纳米压印目前分类： 热压印 (hot embossing lithography，HEL)； 紫外纳米压印(Uybased nanoimprint lithography，UV-NIL)； 微接触印刷 (μm-contact print，μCP)； 步进纳米压印； 激光辅助纳米压印； 滚轴式压印； 金属薄膜直接压印。
紫外纳米压印一个新的发展是采用紫外纳米压印技术和步进技术相结合形成的步进闪光纳 米压印技术，有望成为下一代集成电路的主流技术。紫外纳米压印工艺目前具有的复制能 力可达到10nm。
13、微接触印刷
微接触印刷技术的工艺流程为：首先使用聚二甲基硅氧烷 (PDMS)等高分子聚合物作为掩 模制作材料，采用光学或电子束光刻技术制备掩模板;将掩模板浸泡在含硫醇的试剂中，在 模板上形成一层硫醇膜;再将 PDMS 模板压在镀金的衬底上1020s后移开，硫醇会与金反应 生成自组装的单分子层 SAM，将图形由模板转移到衬底上。
滚轴式纳米压印现有两种工艺：一种是将掩模板直接制作到滚轴上，可以通过直接在金属 滚轴上压印，紫外光固化制得图形。一种是利用弹性掩模套在滚轴上实现，滚轴的转动将 图形连续地压人已旋涂好光刻胶的基板上，紫外光固化，滚轴的滚动实现了压人和脱模两 个步骤，制得图形。
18、金属薄膜直接压印
第四章-纳米压印技术
纳米压印技术 2015.05
MicroNano System Research Center
微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
MicroNano System Research Center
2
微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
普林斯顿大学电机系华裔教授,
1978年从中国科技大学物理系毕
2. 预先在基片底部涂一层与基底粘接性好的聚合物(如PMGI: 聚
甲基戊二酞亚胺)，这样既有利于脱模，又可使基底平整化; 3. 用一种高抗粘连的材料涂镀在模板内表面，以利于脱模; 为避免压印时有机溶剂与模板腔体之间残留气孔，最好在真空
状态下工作。多层结构压印依靠模板四角标记对准，对准精度比
较差，通常在微米级，故多用于单层结构压印。
紫外纳米压印示意图
28
微米纳米加工技术
紫外纳米压印工艺流程：
第三章：纳米压印技术
1. 首先都必须准备一个具有纳米图
案的模版，而 UV-NIL 的模版材料必
须使用可以让紫外线穿透的石英； 2. 并且在硅基板涂布一层低粘度、 对UV感光的液态高分子光刻胶； 3. 在模版和基板对准充成后，将
模版压入光刻胶层并且照射紫外光使
近十年间 , 各种创新的NIL工艺的研究陆续开展，其实验结果越 来越令人满意，目前，大概归纳出四种代表技术: 热压印光刻技术 、紫外硬化压印光刻技术、软压印、激光辅助直接光刻技术。
2.1 热压印(HE-NIL ) 2.1.1热压印
热压工艺是在微纳米尺度获得并行复制结构的一种成本低而速 度快的方法，仅需一个模具，完全相同的结构可以按需复制到大 的表面上。
5
微米纳米加工技术
1.2 纳米压印技术
纳米压印技术
纳米压印技术纳米加工技术—纳米压印摘要：半导体器件的特征尺寸必需急剧减小才能满足集成电路迅速发展的需要，采用纳米加工技术可制备出纳米量级的图案及器件。
纳米压印作为纳米加工技术中具有较大潜力的一种工艺，采用非光学技术手段实现纳米结构图形的转移，有望打破传统光刻技术的分辨率极限。
本文从原理入手，介绍了纳米压印技术的分类、发展及应用。
文中所述内容有助于快速理解纳米压印技术的整体概况，对进一步改善纳米压印工艺的性能有着较重要的意义。
1 引言21世纪以来，由半导体微电子技术引发的微型化革命进入了一个新的时代，即纳米技术时代[1]。
纳米技术指的是制备和应用纳米量级(100nm以下)的结构及器件。
纳米尺度的材料性质与宏观尺度的大为不同。
比如块状金的熔融温度为1063℃，而2nm-3nm的纳米金粒子的熔融温度为130℃-140℃等。
功能结构的纳米化不仅节约了能源和材料，还造就了现代知识经济的物质基础。
纳米技术依赖于纳米尺度的功能结构与器件，而实现结构纳米化的基础是先进的纳米加工技术。
在过去几十年的发展中，纳米加工技术不仅促进了集成电路的迅速发展，实现了器件的高集成度，还可以制备分子量级的传感器操纵单个分子和原子等等。
纳米加工技术是人类认识学习微观世界的工具，通过理解这一技术可以帮助我们更好认识纳米技术以及纳米技术支撑的现代高科技产业。
纳米加工技术与传统加工技术的主要区别在于利用该工艺形成的器件结构本身的尺寸在纳米量级。
可以分为两大类[1]：一类是自上而下(top-down)的加工方式，即复杂的微观结构由平面衬底表面逐层建造形成，也可以理解为在已经存在材料的基础上进行特定加工实现纳米结构和器件。
目前发展较为成熟的纳米加工技术，如光刻(平面工艺)、纳米压印(模型工艺)、探针工艺等都属于此类加工技术。
此类加工方式大多涉及到某种方式的光刻制作图形与图形转移技术，可加工的结构尺寸受限于加工工具的能力。
传统的纳米加工工艺相当成熟，可基本满足各种微观结构的研究与生产需要。
纳米压印技术
纳米压印及其加工技术摘要：纳米压印是一种全新的纳米图形复制方法。
米压印可望成为一种工业化生产技术，从根本上开辟了各种纳米器件生产的广阔前景。
讲解了纳米压印相关技术种类，技术发展程度，及未来发展方向和应用前景。
关键词：纳米压印；影响因素；产业化发展7月16日，王旭迪老师在我校格物楼二楼学术报告厅开展一场主题报告，本次报告主题为“纳米压印及其加工技术”。
我专业80余人参加了此次报告会。
王老师讲解了纳米压印技术的分类、原理，以及此项技术的发展历程和应用前景。
一、纳米压印的技术方法纳米压印技术最早由Stephen 丫Choi教授在1995年率先提出,这是一种不同与传统光刻技术的全新图形转移技术。
纳米压印技术的定义为：不使用光线或者辐照使光刻胶感光成形，而是直接在硅衬底或者其它衬底上利用物理学的机理构造纳米尺寸图形。
纳米压印技术是一种目前在国际上引起普遍关注的具有超高分辨率的新纳米光刻方法，可以在柔性聚合物等薄膜上形成分辨率小于10nm的大面积三维人工结构。
纳米压印分为两步：压印和图形的转移。
将模版与基片进行对准，基片由硅片和聚合物形成的抗蚀层组成。
通常热压印中抗蚀层为传统光刻胶聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）,且压印前已经均匀固化在硅片上。
然后加压，使模版上的微细图形转移到抗蚀剂上。
最后进行脱模分离，使模版与抗蚀层分离。
后续工艺为采用反应离子刻蚀（RIE）将残余层除去。
这就完成了整个压印过程。
传统纳米压印技术主要有三种：热塑纳米压印技术、紫外固化压印技术和微接触纳米压印技术。
1.1热塑纳米压印技术热塑纳米压印技术主要的工艺流程：制备高精度掩模板，一般采用硬度大和化学性质稳定的SiC、SisN、SQ2 ,利用电子束蚀刻技术或反应离子蚀刻技术来产生图案；利用旋涂的方式在基板上涂覆光刻胶,常见的是PMM和PS加热至光刻胶的玻璃化转换温度（Tg）之上50C〜100C ,然后加压（500kPa〜1 OOOkPa）于模板并保持温度和压力一段时间，液态光刻胶填充掩模版图形空隙；降低温度至Tg以下后脱模，将图形从模板转移到基片上的光刻胶；采用反应离子刻蚀去除残留光刻胶，就将图形转移到基板上。
纳米压印图章技术
纳米压印图章NIL Technology (NILT) 是一家以制作并经销纳米压印光刻模版为主，集压印服务、生产以及咨询为一体的专业技术公司。
NILT同时还致力于拓展纳米结构的新兴应用领域，并取得了卓越的成就。
我们的模版可以根据客户对所刻图案的样式和材料的具体要求进行特别加工。
•模版的图案尺寸可在20nm以下•大至150nm的圆形或方形模版•模版材料：硅，石英，镍等•适用于各种纳米压印版式的模版我们的模版可以广泛应用于不同的领域（但不仅限于以下领域），例如：•可再生能源•微流体、纳流体•发光二极管和激光器•生命科学，如芯片实验室系统•光学•射频元器件•数据存储•安全系统•半导体纳米压印模版NILT根据客户订单的要求来生产模版。
我们致力于为客户提供最高质量的纳米压印模版。
我们的模版可用于热压印和紫外压印，并适用于所有压印版式，其结构尺寸可在20 nm以下。
NILT为您提供：•最小结构尺寸可在20 nm以下•结构周期尺寸可在40nm以上（取决于结构尺寸）•结构高度（典型宽高比为2：1）•模版半径大至150nm•凸起和凹陷图型模板•模版材料：硅，石英，镍等NILT 所在的生产车间可以用任何净室所兼容的材料来制作纳米压印模版。
其中以硅、石英和镍为材料比较典型，但是我们也可以根据您的要求适用其他不同的材料。
例如：• 晶片，匀胶铬版等• 二氧化硅 • 氮化硅• 金属 ( 如：金，钛，铝，铬，银，镍，铂 ) •SU-8 或其他交联聚合物NILT 的模版基于其专利的微机电的模版基于其专利的微机电系统技术系统技术系统技术，，从而在最大程度上确保模版压印的均一性从而在最大程度上确保模版压印的均一性。
• 模版设计方面：聚合物流动，模版图型，模版图型密度，模版图型高度，模版材料等• 压印聚合物选取方面：流动特性， 结构刻蚀的选择性 ， Lift-off 过程的特性 ，聚合物系统的可用性 ，加工的时间等• 压印参量：压印温度，压印压力，压印时间等 • 压印工序的选择NILT 标准模版在 2 英尺范围内设有 9 个图案区域，其中每个图案区域又划分为 16 个小型区域（每个小型区域的间隙为 200 µm ），上面刻有尺寸为 250 nm, 200 nm, 150 nm 甚至小到 100 nm 的各种图案，如方格、十字形槽、直线和点。